CN104165405A - 生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于供暖技术领域，特别是涉及一种利用盘管的生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，包括设置在气化间内的气化炉和干式除尘器，所述的气化炉和干式除尘器之间通过第一管道相连通，在干式除尘器上缠绕有盘管，其中盘管的一端通过第二管道与轴流风机相连通，盘管的另一端与保温管的一端相连通，保温管的另一端穿过气化间与净化间之间加设的防火墙上的出风口设置在净化间内，在净化间设置有回风口，该装置是在生物质气化间和净化间加设防火墙后消除安全隐患，解决冬季净化间无法采暖，从而导致净化间内设备冻裂的问题，而且采暖利用的热量来自生物质气化反应的余热，可以经济地满足采暖需求。

Description

生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置

技术领域

本发明属于供暖技术领域，特别涉及一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置。

背景技术

在生物质气化工艺中，生物质气化站分为气化间与净化间两部分；其中气化间内的干式除尘器及其所连接的管道由于气化炉产生的高温生物质燃气，使得其表面的温度可达到几百摄氏度以上，尤其是在气化装置长时间运行后，其管壁甚至会出现红热现象，这就相当于是明火，所以一旦气化站内发生燃气泄漏，将极可能发生火灾爆炸事故；因此在气化间与净化间之间加设防火墙可以将气化间内的高温部件隔离开从而避免火灾爆炸事故的发生，但生物质气化站多建于农村，而农村不同于城镇，缺少集中供暖设施，所以气化站内的采暖往往是直接利用气化装置反应产生的热量，但是设置防火墙便会阻止气化间的热量向净化间传递，而气化站内因为采用湿式净化，一旦冬季温度达到0℃以下，净化间内的净化装置会发生冻裂现象，致使系统漏气，从而造成中毒或火灾、爆炸事故，造成人员伤亡与财产损失；因此有的气化站采用单独设置电暖气来为净化间采暖，但这样做一方面因为需要持续消耗电量来维持净化间的温度，额外增加了能耗的负担，有悖于生物质节能减排的初衷，另一方面采用电采暖会极大地间架生物质气化站的运营成本；而有的生物质气化站则因为无法经济环保地解决净化间采暖问题，导致冬季温度达到0℃以下时，气化站无法开工运行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，该装置是在生物质气化间和净化间加设防火墙后消除安全隐患，解决冬季净化间无法采暖，从而导致净化间内设备冻裂的问题，而且采暖利用的热量来自生物质气化反应的余热，可以经济地满足采暖需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，包括设置在气化间内的气化炉和干式除尘器，所述的气化炉和干式除尘器之间通过第一管道相连通，在干式除尘器上缠绕有盘管，其中盘管的一端通过第二管道与轴流风机相连通，盘管的另一端与保温管的一端相连通，保温管的另一端穿过气化间与净化间之间加设的防火墙上的出风口设置在净化间内，在净化间设置有回风口。

优选，所述回风口设置于净化间内墙的2/3以上高度处。

进一步优选，所述的保温管为岩棉保温管。

本发明的有益效果是：通过轴流风机将室外的空气通入第二管道，之后空气进入盘管，利用干式除尘器表面的热量对盘管内的空气进行加热，加热后的热空气从盘管进入保温管，因为设置了保温管，所以避免了空气从盘管出口到出风口的热量损失，之后热空气从出风口进入净化间从而达到对净化间进行供暖的目的，并在净化间内出风口对面的墙上设置回风口，净化间内的空气通过回风口排出室外；出风口热风温度以及净化间采暖后的温度与轴流风机风量、盘管长度、盘管内径这三个量有关，所以根据干式除尘器表面的温度、净化间的尺寸、当地的气象条件的不同来调整这三个量。

附图说明

图1为本发明的一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置的一个实施例的使用状态的结构示意图；

图中，1—气化间，2—净化间，3—气化炉，4—轴流风机，5—第二管道，6—盘管，7—干式除尘器，8—保温管，9—出风口，10—防火墙，11—第一管道，12—回风口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例的生物质气化站包括气化间1和净化间2，所述的气化间1和净化间2之间加设防火墙10，在气化间1内设置气化炉3和干式除尘器7，所述的气化炉3和干式除尘器7之间通过第一管道11相连通，将盘管6缠绕在气化间1内的干式除尘器7上，其中盘管6的一端通过第二管道5与置于室外的轴流风机4相连通，盘管6的另一端与保温管8的一端相连通，保温管8的另一端穿过设置在防火墙10上的出风口9置于净化间2内，所述的保温管8为岩棉保温管；将回风口12设置于出风口9所在净化间内墙的2/3以上高度处；当气化炉3运行后开始产生高温生物质燃气，高温燃气从第一管道11进入干式除尘器7，当气化炉3运行一段时间后会产生大量的高温燃气，使得干式除尘器7的表面也达到较高的温度；此时通过轴流风机4将室外的空气通入轴流风机4与盘管6入口相连的第二管道5内，空气进入盘管6后利用干式除尘器7表面的热量开始加热，加热后的空气进入与盘管6相连的保温管8，保温管8与防火墙10上的出风口9相连，热空气进入保温管8后从出风口9进入净化间2，净化间2内多余的空气通过回风口12排出室外。

一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，首先盘管外壁通过接触干式除尘器外壁进行加热，盘管外壁温度可以实际测量得出，然后热量通过热传导从盘管外壁传至盘管内壁，盘管内壁温度可通过计算得出，然后空气进入盘管内，盘管内壁的热量通过对流传热将热量传给在盘管内流动的空气，加热后的空气温度即净化间内热风温度，盘管出口到出风口用保温管连接，这其中空气可视为没有热量损失，加热后的空气温度可通过计算得出，根据热空气带有的热量减去回风空气带有的热量等于净化间的围护耗热，最终计算出采暖后净化间的温度。

盘管内壁温度通过如下方法计算得出：

(1)首先盘管壁热流密度q，如下式表示：

$q=\frac{t_{W1}-t_{f2}}{\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\λ}}+\frac{1}{h_c}}---\left(1\right)$

式中：

t_W1——盘管外壁温度，K；

t_f2——加热后的空气温度，K；

q——盘管壁热流密度，W/m²；

δ——盘管壁厚，m；

λ——盘管壁的导热系数，W/(m·K)；

h_c——盘管内壁的对流换热系数，W/(m²·K)；

盘管内壁的对流换热系数h_c采用如下方法求得：

①得盘管内空气流动的雷诺数Re；

$\mathrm{Re}=\frac{u_{m}d}{v}---\left(2\right)$

式中：

Re——盘管内空气流动的雷诺数；

u_m——盘管内空气流速，m/s；

d——盘管内径，m；

ν——盘管内空气运动粘度，m²/s；

②计算管流摩擦系数，若Re≤2×10⁴，则f＝0.316Re^-0.25；若Re≥2×10⁴，则f＝0.184Re^-0.2，其中f为管流摩擦系数；

③求得盘管内壁的对流换热系数h_c；首先采用冯·卡门给出的由湍流边界层三层速度分布模型推出的类比关系计算斯坦顿数St：

$\mathrm{St}=\frac{f/8}{1+5\sqrt{f/8}\{\mathrm{Pr}-1+\ln [1+5(\mathrm{Pr}-1)/6\left]\right\}}---\left(3\right)$

式中：

f——管流摩擦系数；

Pr——盘管内空气的普朗特数；

又St≡h_c/ρcu_m，其中ρ、c、u_m分别为盘管内空气的密度(kg/m³)、空气热容比(kJ/kg·K)、盘管内空气流速(m/s)，由此求得h_c；

(2)盘管壁热流密度q表示后，盘管内壁的温度t_W2，如下式表示：

$t_{W2}=t_{W1}-q\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\λ}}---\left(4\right)$

式中：

t_W2——盘管内壁温度，K；

之后盘管内的空气通过热对流进行加热，加热后的空气温度t_f2通过求解如下方程得出：

$q_{m}c(t_{f2}-t_{f1})=h_{c}A\frac{t_{f2}-t_{f1}}{\ln [(t_{w2}-t_{f1})/(t_{w2}-t_{f2})]}---\left(5\right)$

式中：

t_W2——盘管内壁温度，K；

t_f1——室外空气温度，K；

t_f2——加热后的空气温度，K；

q_m——通入盘管内空气的质量流量，kg/s；

c——空气的热容比，kJ/(kg·K)；

h_c——盘管内壁的对流换热系数，由上文中求得，W/(m²·K)；

A——空气在盘管内受热的面积，即盘管的内表面积，A＝πdL，m²，

其中L为盘管长度， $L=\frac{\mathrm{\π}(D+0.5d)n}{\cos \mathrm{\α}},$

式中:

D——干式除尘器的外径，m；

d——盘管内径，m；

α——盘管缠绕螺旋升角；

n——盘管缠绕的圈数；

联立式(1)、(4)、(5)，最终求得t_f2，因为盘管至净化间出风口之间采用了保温管，所以可视为净化间出风口的热风温度即为加热后盘管内空气温度t_f2；

$t_{f2}=\frac{{\mathrm{\λt}}_{W1}{e}^{\frac{h_{c}A}{q_{m}c}}+t_{f1}(\mathrm{\λ}+{\mathrm{\δh}}_c)}{{\mathrm{\λe}}^{\frac{h_{c}A}{q_{m}c}}+\mathrm{\λ}+{\mathrm{\δh}}_c}---\left(6\right)$

加热后的空气进入净化间进行供暖，供暖后净化间的温度T₃通过如下方法计算得出：

(1)计算净化间的围护耗热系数U；

$\frac{1}{U}=\frac{1}{h_o}+\frac{1}{h_i}+\mathrm{\Σ}\frac{{\mathrm{\δ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_i}---\left(7\right)$

式中：

h_o——外表面换热系数，W/(m²·K)；

h_i——内表面换热系数，W/(m²·K)；

δ_i——围护壁厚，m；

λ_i——围护壁的导热系数，W/(m·K)；

外(内)表面换热系数等于外(内)表面的对流换热系数与辐射换热系数之和；

h_o＝h_oc+h_or h_i＝h_ic+h_ir     (8)

外表面对流换热系数h_oc由下式求得：

$h_{\mathrm{oc}}={18.63v}_c^{0.605}---\left(9\right)$

若围护处于迎风面，且风速v₁＞2m/s，v_c＝0.25v₁；风速v₁＜2m/s，v_c＝0.50v₁；若围护处于背风面，则v_c＝0.3+0.05v₁；

而室内可视为静风，静风条件下内表面对流换热系数h_ic可以取为6W/(m²·K)；

外表面辐射换热系数h_or由下式求得：

$h_{\mathrm{or}}=\mathrm{\ϵ\σ}(T_2^2+T_{\mathrm{sur}}^2)(T_2+T_{\mathrm{sur}})---\left(10\right)$

式中：

T₂——净化间外表面温度，K；

T_sur——室外环境温度，K；

内表面辐射换热系数h_ir由下式求得；

$h_{\mathrm{ir}}=\mathrm{\ϵ\σ}(T_1^2+T_3^2)(T_1+T_3)---\left(11\right)$

式中：

ε——发射率；

σ——黑体辐射常数，σ≡5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；

T₁——净化间内表面温度，K；

T₃——采暖后净化间内温度，K；

在实际计算中可视为T₂＝T_sur，T₁＝T₃；

(2)计算出净化间每个部分的围护耗热系数，然后计算净化间的围护耗热Q_围护：

Q_围护＝∑U_iA_i(T₃-T_sur)     (12)

式中：

U_i——围护耗热系数；

A_i——围护耗热系数为U_i对应的面积，m²；

T_sur——室外环境温度，K；

T₃——采暖后净化间内温度，K；

(3)假设净化间内密闭良好，则出风口进入净化间的热风量视为等于回风口的出风量，并且回风口的出风温度可视为等于净化间内温度，因此经过盘管内加热后进入净化间的空气热量Q_盘管由下式得出；

Q_盘管＝q_mc(t_f2-T₃)     (13)

(4)根据方程Q_围护＝Q_盘管，从而求得采暖后净化间内温度T₃。

根据干式除尘器表面的温度、净化间的尺寸、当地的气象条件的不同来设置合造的盘管内径、盘管长度、轴流风机风量，达到符合要求的采暖效果。

在生物质气化站的气化间与净化间之间加设防火墙之后，在冬季室外气温达到0℃以下时，气化站仍然可以继续工作，并能满足《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)3.1.1条作业场所温度在5℃～21℃的要求，同时盘管出口风速满足《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)4.6.6条，出风口风速一般采用5.0～15.0m/s的要求；盘管出口热风温度满足《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)4.6.6条，热风采暖送风温度应在35℃～70℃之间的要求；并且利用的是生物质气化反应产生的余热，不需要额外的热量来进行供暖，达到了经济环保的效果。

Claims (3)

1.一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，包括设置在气化间内的气化炉和干式除尘器，所述的气化炉和干式除尘器之间通过第一管道相连通，其特征在于：在干式除尘器上缠绕有盘管，其中盘管的一端通过第二管道与轴流风机相连通，盘管的另一端与保温管的一端相连通，保温管的另一端穿过气化间与净化间之间加设的防火墙上的出风口设置在净化间内，在净化间设置有回风口。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，其特征在于：所述的回风口设置于净化间内墙的2/3以上高度处。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气化站设置防火墙后净化间的采暖装置，其特征在于：所述的保温管为岩棉保温管。